《数据通信与网络》笔记--IPv4 VS IPv6

IPv4

IPv4数据报的格式如下：

版本：标识当前数据报的版本.

报头标长：以4字节定义数据报头部的总长度，如果字段值为5，则表示头部的长度为20（5*4），字段的最大值为15，即头部最长为60个字节。

服务类型：

服务类型字段共8位，用于指示路由器如何处理该数据包。该字段长度由4位服务类型(TOS)子域和3位优先级(b₇ b₆ b₅)(precedence)子域组成，1位为保留位，该字段结构如下图所示：

优先级共有关8种，优先级越高表明数据包越重要。下图列出了各种优先级所代表的意义。

在4位服务类型子域中，b₄ b₃ b₂ b₁分别表示D（延迟）、T（吞吐量）、R（可靠性）与（成本）。下图列出了服务类型子域的构成。

总长度：定义了以字节计的IPv4数据报的总长度。这个字段是16位长，所以IPv4数据报长度限制为65536（2^16-1）字节，头部占20~60个字节。之前在讲到以太网数据帧的时候，一个帧的最大数据位1500字节，如果一个IP包大于1500个字节，岂不是一个帧里面放不下了？确实，所以要对IP数据报进行分段，具体如何分段在以后进行说明。

标识：用于分段，以后会进行说明。

标志：用于分段，以后会进行说明。

片偏移：用于分段，以后会进行说明。

生存时间：控制一个数据报所通过路由器的最大跳数。

协议：定义了使用此IPv4服务的高层协议。1：ICMP，2：IGMP，6：TCP，17：UDP，89：OSPF

头校验和：只对该IP报的头部进行校验的所使用的校验和。

源IP地址：源端逻辑地址。

目的IP地址：目的端逻辑地址。

选项： 该部分由若干选项组成。它最长可达到40个字节，种类如下：

IPv6

IPv6的数据报的格式如下：

版本：定义了IP协议的版本号，对IPv6，值为6.

优先级：定义了当发生通信量拥塞时的分组的优先级。

流标号：流标签可用来标记特定流的报文，以便在网络层区分不同的报文。转发路径上的路由器可以根据流标签来区分流并进行处理。由于流标签在IPv6报文头中携带，转发路

由器可以不必根据报文内容来识别不同的流，目的节点也同样可以根据流标签识别流，同时由于流标签在报文头中，因此使用IPSec后仍然可以根据流标签进行QoS处理。

下一个头部：定义了数据报中跟随在基本头部之后的头部。下一个头部或者是IP所使用的可选的扩展头部，或者是上层协议的（TCP，UDP）。每个扩展头部也包含这个字段。

跳数限制：字段与IPv4的TTL字段作用是一样的。

源地址：源端逻辑地址。

目的地址：目的端逻辑地址。

IPv6在基本头部后面还可以增加多大6个扩展头部，这些头部中许多都是IPv4的选项，下图给出了扩展头部的6种类型。

IPv4 vs IPv6

与IPv4相比，IPv6具有如下优点：

1.更大的地址空间。IPv6地址是128位。IPv4是32位。

2.更好的头部地址。IPv6使用了新的头部格式，其选项和基本头部分开，如果需要，可以将选项插入到基本头部与上层数据之间。这就简化和加速了路由选择的过程，因为大多数选项不需要由路由器检查。

3.新的选项。IPv6有一些新的选项来实现附加的功能。

4.允许扩展。如果有新的技术或者应用需要，IPv6允许协议进行扩展。

5.支持资源分配。在IPv6中，服务类型字段被取消了，但增加了一种机制，使得源端可以请求对分组进行特殊的处理。

6.支持更多的安全性。在IPv6中，加密和鉴别选项提供了分组的保密性和完整性。

IPv4到IPv6的过渡

因为英特网上系统非常多，所以从IPv4到IPv6的过渡不能突然发生，要是英特网上的系统从IPv4到IPv6过渡，需要花费很长的时间，这种过渡必须是平滑的，以防止IPv4和IPv6系统间出现任何问题。IETF射击了3中策略来使这一过渡时期更加平滑。

双协议栈

所谓双协议栈就是一个站应该同时运行IPv4和IPv6，如果接受到IPv4协议的分组，使用IPv4协议栈进行处理，如果接受到IPv6协议的分组，就使用IPv6协议栈进行处理。

隧道技术

当两台使用IPv6的的系统要进行通信，但是其分组要通过IPv4的区域，就要使用隧道技术（tunneling），要经过该区域，该分组必须要具有IPv4地址，因此，当进入该区域时，IPv6分组要封装成IPv4分组，当分组离开该区域时，在去掉这个封装。

头部转换

当一台IPv4和一台IPv6进行通信时，需要使用头部转换